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網(wǎng)橋

1.什么是網(wǎng)橋[1]

網(wǎng)橋是一種在鏈路層實(shí)現(xiàn)申繼,常用于連接兩個或更多個局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備。網(wǎng)橋像一個“聰明”的中繼器。中繼器從一個網(wǎng)絡(luò)電纜里接收信號,放大它們,將其送人下一個電纜。相比較而言,網(wǎng)橋?qū)年P(guān)卡上傳下來的信息更敏銳一些。網(wǎng)橋是一種對幀進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)的技術(shù),根據(jù)MAC分區(qū)塊,可隔離碰撞。網(wǎng)橋?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)的多個網(wǎng)段在數(shù)據(jù)鏈路層連接起來。

網(wǎng)橋?qū)蓚€相似的網(wǎng)絡(luò)連接起來,并對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的流通進(jìn)行管理。它工作于數(shù)據(jù)鏈路層,不但能擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的距離或范圍,而且可提高網(wǎng)絡(luò)的性能、可靠性和安全性。如圖1所示,網(wǎng)絡(luò)1和網(wǎng)絡(luò)2通過網(wǎng)橋連接后,網(wǎng)橋接收網(wǎng)絡(luò)1發(fā)送的數(shù)據(jù)包,檢查數(shù)據(jù)包中的地址,如果地址屬于網(wǎng)絡(luò)l,它就將其放棄;相反,如果是網(wǎng)絡(luò)2的地址,它就繼續(xù)發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)2。這樣可利用網(wǎng)橋隔離信息,將網(wǎng)絡(luò)劃分成多個網(wǎng)段,隔離出安全網(wǎng)段,防止其他網(wǎng)段內(nèi)的用戶非法訪問。由于網(wǎng)絡(luò)的分段,各網(wǎng)段相對獨(dú)立,一個網(wǎng)段的故障不會影響到另一個網(wǎng)段的運(yùn)行。

Image:網(wǎng)橋的工作過程.jpg

圖1網(wǎng)橋的工作過程

網(wǎng)橋可以是專門硬件設(shè)備,也可以由計算機(jī)加裝的網(wǎng)橋軟件來實(shí)現(xiàn),這時計算機(jī)上會安裝多個網(wǎng)絡(luò)適配器(網(wǎng)卡)。

2.網(wǎng)橋的功能[1]

網(wǎng)橋的功能在延長網(wǎng)絡(luò)跨度上類似于中繼器,然而它能提供智能化連接服務(wù),即根據(jù)幀的終點(diǎn)地址處于哪一網(wǎng)段來進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)和濾除。網(wǎng)橋?qū)φ军c(diǎn)所處網(wǎng)段的了解是靠“自學(xué)習(xí)”實(shí)現(xiàn)的。

當(dāng)使用網(wǎng)橋連接兩個網(wǎng)段時,網(wǎng)橋?qū)碜跃W(wǎng)段1的MAC幀,首先要檢查其終點(diǎn)地址。如果該幀是發(fā)往網(wǎng)段1上某一站的,網(wǎng)橋則不將幀轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)段2,而將其濾除;如果該幀是發(fā)往網(wǎng)段2上某一站的,網(wǎng)橋則將它轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)段2。這表明,如果網(wǎng)段1和網(wǎng)段2上各有一對用戶在本網(wǎng)段上同時進(jìn)行通信,顯然是可以實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)榫W(wǎng)橋起到了隔離作用??梢钥闯觯W(wǎng)橋在一定條件下具有增加網(wǎng)絡(luò)帶寬的作用。

網(wǎng)橋的存儲和轉(zhuǎn)發(fā)功能與中繼器相比有優(yōu)點(diǎn)也有缺點(diǎn),其優(yōu)點(diǎn)如下。

(1)使用網(wǎng)橋進(jìn)行互連克服了物理限制,這意味著網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的數(shù)據(jù)站總數(shù)和網(wǎng)段數(shù)很容易擴(kuò)充。

(2)網(wǎng)橋納入存儲和轉(zhuǎn)發(fā)功能可使其適應(yīng)于連接使用不同MAC協(xié)議的兩個網(wǎng)絡(luò),因而構(gòu)成一個不同網(wǎng)絡(luò)混連在一起的混合網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

(3)網(wǎng)橋的中繼功能僅僅依賴于MAC幀的地址,因而對高層協(xié)議完全透明。

(4)網(wǎng)橋?qū)⒁粋€較大的網(wǎng)絡(luò)分成若干網(wǎng)段,有利于改善可靠性、可用性和安全性。

網(wǎng)橋的主要缺點(diǎn)是:由于網(wǎng)橋在執(zhí)行轉(zhuǎn)發(fā)前先接收幀并進(jìn)行緩沖,與中繼器相比會引入更多時延。由于網(wǎng)橋不提供流控功能,因此在流量較大時有可能使其過載,從而造成幀的丟失。

3.網(wǎng)橋的分類[1]

所有網(wǎng)橋都是在數(shù)據(jù)鏈路層提供連接服務(wù),根據(jù)其路由算法不同,可將網(wǎng)橋分為透明網(wǎng)橋和源路由選擇網(wǎng)橋。

1.透明網(wǎng)橋

所謂“透明網(wǎng)橋”是指,它對任何數(shù)據(jù)站都完全透明,用戶感覺不到它的存在,也無法對網(wǎng)橋?qū)ぶ?。所有的路由判決全部由網(wǎng)橋自己確定。當(dāng)網(wǎng)橋連入網(wǎng)絡(luò)時,它能自動初始化并對自身進(jìn)行配置。用戶不需要改動硬件和軟件,無須設(shè)置地址開關(guān),無須裝入路由表或參數(shù)。只需插入電纜就可以,現(xiàn)有的局域網(wǎng)的運(yùn)行完全不受網(wǎng)橋的任何影響。

2.源路由選擇網(wǎng)橋源路

由選擇網(wǎng)橋規(guī)定,發(fā)送幀的源工作站負(fù)責(zé)路由選擇。為此,在每個工作站中都配置一張路由選擇表,在表中為本站所能到達(dá)的工作站都建立一個表目,其中列出了由本站到達(dá)目的站沿途所有工作站和網(wǎng)橋的站址。由本站發(fā)往該目的站的所有幀,都將沿著這條路徑傳輸。

源路由選擇網(wǎng)橋能按用戶要求尋找最佳路由,這對保密性很強(qiáng)的信息傳輸來說是很重要的。但網(wǎng)絡(luò)工作站的實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜,因?yàn)橐诠ぷ髡局性O(shè)置路由選擇表,采用某種算法的路由選擇程序,特別是當(dāng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模很大時,廣播幀的數(shù)目會劇增,引起擁塞。因此,市場上透明網(wǎng)橋居多。

4.網(wǎng)橋的常用場合[2]

網(wǎng)橋工作在數(shù)據(jù)鏈路層,進(jìn)行相似的網(wǎng)絡(luò)問的幀的轉(zhuǎn)發(fā),實(shí)現(xiàn)MAC子層的連接。遵循IEEE802標(biāo)準(zhǔn)的局域網(wǎng)對網(wǎng)橋是透明的,它不需要對連接在這些網(wǎng)絡(luò)上的站點(diǎn)的通信軟件進(jìn)行修改。

網(wǎng)橋的常用場合非常多,只要是相同網(wǎng)絡(luò)或兩個網(wǎng)絡(luò)僅在物理層和數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)現(xiàn)上有差別,都可以通過網(wǎng)橋來百連。不同的場合,網(wǎng)橋執(zhí)行的協(xié)議不同,例如:

(1)以太網(wǎng)與以太網(wǎng)用網(wǎng)橋互連,因?yàn)榛ミB的是相同網(wǎng)絡(luò),此時的網(wǎng)橋非常簡單,只執(zhí)行一種協(xié)議。

(2)以太網(wǎng)與FDDI網(wǎng)絡(luò)之間的互連(不同網(wǎng)絡(luò)的互連),如圖2所示。此時的網(wǎng)橋執(zhí)行兩種協(xié)議,一種是以太網(wǎng)協(xié)議,一種是FDDI協(xié)議。實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀與FDDI數(shù)據(jù)幀之間的相互轉(zhuǎn)換。

Image:網(wǎng)橋應(yīng)用實(shí)例1.jpg

圖2網(wǎng)橋的應(yīng)用實(shí)例1

(3)以太網(wǎng)一令牌環(huán)網(wǎng)之間的互連,網(wǎng)橋既執(zhí)行以太網(wǎng)協(xié)議,又執(zhí)行令牌環(huán)網(wǎng)協(xié)議。

(4)以太網(wǎng)一ATM網(wǎng)絡(luò)之間的互連,如圖3所示,此時的網(wǎng)橋執(zhí)行以太網(wǎng)協(xié)議和ATM協(xié)議,實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀到ATM信元之間的轉(zhuǎn)換。

Image:網(wǎng)橋的應(yīng)用實(shí)例2.jpg

圖3網(wǎng)橋的應(yīng)用實(shí)例2

(5)以太網(wǎng)與無線網(wǎng)之間的互連等。

5.網(wǎng)橋的特點(diǎn)[2]

網(wǎng)橋具有以下特點(diǎn):

(1)地址過濾:利用網(wǎng)橋互連的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)當(dāng)可以容納不同數(shù)據(jù)鏈路層的編址格式(如各種MAC地址),因此,網(wǎng)橋應(yīng)能夠識別各種地址,并根據(jù)數(shù)據(jù)幀的宿地址,有選擇地讓數(shù)據(jù)幀穿越網(wǎng)橋。實(shí)際上,目前很多網(wǎng)橋產(chǎn)品都添加了各種過濾功能,允許用戶進(jìn)行設(shè)置,以濾去不希望被轉(zhuǎn)發(fā)的幀。例如:單向地禁止對某個子網(wǎng)的訪問,以確保該子網(wǎng)的安全性。

(2)幀限制:網(wǎng)橋不對幀進(jìn)行分段,只進(jìn)行必要的幀格式轉(zhuǎn)換,以適應(yīng)不同的子網(wǎng)。超過信宿結(jié)點(diǎn)所在子網(wǎng)幀長限制的幀將被網(wǎng)橋丟棄。因此,當(dāng)采用網(wǎng)橋支持不同LAN之間的互連時,更高層的協(xié)議應(yīng)當(dāng)保證被傳送的信息長度的一致性。幀限制的另一方面是為了維護(hù)各個子網(wǎng)的獨(dú)立性,不允許控制幀和要求應(yīng)答的信息幀穿越網(wǎng)橋。

(3)監(jiān)控功能:網(wǎng)橋作為單個子網(wǎng)的一部分,參與對子網(wǎng)的監(jiān)控和對信息幀的校驗(yàn)。網(wǎng)橋區(qū)別于轉(zhuǎn)發(fā)器的關(guān)鍵之一是它具有“存儲一轉(zhuǎn)發(fā)”的能力?!按鎯Α庇欣诰W(wǎng)橋?qū)Ρ晦D(zhuǎn)發(fā)的幀進(jìn)行差錯校驗(yàn),網(wǎng)橋不應(yīng)將有差錯的幀轉(zhuǎn)發(fā)到其他子網(wǎng)上。同一網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的處理則根據(jù)該子網(wǎng)的約定。網(wǎng)橋的工作過程包括接收幀、檢查幀和轉(zhuǎn)發(fā)幀三個部分。

(4)緩沖能力:網(wǎng)橋應(yīng)當(dāng)具有一定的緩沖(存儲一轉(zhuǎn)發(fā))能力,以解決穿越網(wǎng)橋的信息量l瞄時超載的問題,即:網(wǎng)橋應(yīng)當(dāng)可以解決數(shù)據(jù)傳輸不匹配的子網(wǎng)之間的互連。事實(shí)上即使是速率相同的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互連,這種緩沖能力也是必需的。

(5)透明性:網(wǎng)橋的引入不應(yīng)影響原有子網(wǎng)的通信能力,不應(yīng)產(chǎn)生信宿結(jié)點(diǎn)無法檢測的差錯。

一個企業(yè)局域網(wǎng),為什么不簡單地采用一個大的局域網(wǎng),而要分成多個子網(wǎng),再用網(wǎng)橋等互連設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互連呢?主要基于以下幾方面的因素:

(1)無序性:一個組織內(nèi)部有許多不同的部門,由于各部門的工作性質(zhì)不同,因此,可能選用了不同的局域網(wǎng)。當(dāng)這些部門的局域網(wǎng)之間需要相互連接時,就可能需要網(wǎng)橋。

(2)可靠性:通過使用網(wǎng)橋,網(wǎng)絡(luò)可以被分成一些自適應(yīng)的實(shí)體,可以對網(wǎng)橋進(jìn)行編程以決定接收到的內(nèi)容是否轉(zhuǎn)發(fā)。

(3)性能考慮:一般來說,LAN或MAN的性能將隨著連在其上的設(shè)備數(shù)量或介質(zhì)長度的增加而降低。將這些沒備分別集中起來,使得在LAN內(nèi)部的通信大大超過跨越LAN間的通信,這時采用多個更小的LAN往往可以獲得更好的性能。

(4)地理考慮:一個組織在地理位置上較分散,無法將它們連在同一個局域網(wǎng)內(nèi),唯一的辦法是將局域網(wǎng)分段,在各段之間放置網(wǎng)橋。通過使用網(wǎng)橋,可以增加工作的物理距離。

(5)安全考慮:建立多個LAN可以提供通信的安全性??梢园涯切┎煌愋偷木哂胁煌踩砸蟮男畔⒎謩e在不同的分隔的物理介質(zhì)上傳輸。同時,具有不同安全級別的不同用戶必須通過集中控制和監(jiān)控機(jī)制來進(jìn)行通信。

6.網(wǎng)橋的路徑選擇[2]

如前所述,網(wǎng)橋直接連接兩個或者多個子網(wǎng),一方面,作為這些子網(wǎng)上的結(jié)點(diǎn),參與子網(wǎng)的運(yùn)行,另一方面根據(jù)數(shù)據(jù)幀中的地址進(jìn)行本網(wǎng)或者跨網(wǎng)的幀轉(zhuǎn)發(fā)。幀的轉(zhuǎn)發(fā)過程實(shí)質(zhì)上也是幀的路徑選擇過程。經(jīng)過路由選擇后網(wǎng)橋?qū)l(fā)往適當(dāng)?shù)亩丝凇D壳俺S玫穆窂竭x擇方法有兩種,對應(yīng)為兩種類型的網(wǎng)橋:透明橋和指定路徑橋。

1.透明橋

透明橋也稱學(xué)習(xí)橋或自適應(yīng)橋,內(nèi)部動態(tài)地維護(hù)地址映射表,根據(jù)該地址映射表,網(wǎng)橋決定收到的幀的轉(zhuǎn)發(fā)。透明橋適合于總線型(如:以太網(wǎng)、令牌總線)或者樹狀的網(wǎng)絡(luò)互連結(jié)構(gòu)。

透明橋的原理十分簡單,當(dāng)網(wǎng)橋收到每一個幀時,都執(zhí)行地址表擴(kuò)充和幀轉(zhuǎn)發(fā)兩項(xiàng)工作。地址表擴(kuò)充是指從幀中取出信源結(jié)點(diǎn)地址,查地址表,如果沒有,將該地址添加到地址表中。從而使網(wǎng)橋“了解”哪些結(jié)點(diǎn)來自于哪個子網(wǎng)(屬于哪個子網(wǎng)網(wǎng)段)。幀的轉(zhuǎn)發(fā)過程大致如下:

(1)如果幀中的信源結(jié)點(diǎn)與信宿結(jié)點(diǎn)是在同一個子網(wǎng)中,網(wǎng)橋則丟棄該幀,不作轉(zhuǎn)發(fā);

(2)否則,在地址表中查找信宿結(jié)點(diǎn)地址,如果表中有對應(yīng)的地址,則網(wǎng)橋就將幀轉(zhuǎn)發(fā)到該地址對應(yīng)的子網(wǎng)端口;

(3)如果地址表中沒有信宿結(jié)點(diǎn)地址,則表示信宿結(jié)點(diǎn)地址未知,網(wǎng)橋就將幀轉(zhuǎn)發(fā)到(或稱廣播到)其他所有與本網(wǎng)橋連接的子網(wǎng)中;

(4)當(dāng)收到信宿結(jié)點(diǎn)給信源結(jié)點(diǎn)的“應(yīng)答幀”后,網(wǎng)橋?qū)⒃撔潘藿Y(jié)點(diǎn)地址添加到地址表中。

如圖4所示,有一網(wǎng)橋連接了4個子網(wǎng),假設(shè)結(jié)點(diǎn)A與結(jié)點(diǎn)H通信,當(dāng)網(wǎng)橋接收到結(jié)點(diǎn)A的數(shù)據(jù)幀后,從數(shù)據(jù)幀中取出信源地址(00123456),查地址映射表,地址表中已有,屬于子網(wǎng)l;再取出信宿地址(50873EA6),查地址映射表,表中已有,屬于子網(wǎng)4,則網(wǎng)橋僅將數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)到子網(wǎng)4對應(yīng)的端口。

Image:透明橋幀的轉(zhuǎn)發(fā)過程舉例l.jpg

圖4透明橋幀的轉(zhuǎn)發(fā)過程舉例l

地址映射表MAC地址端門00123456子網(wǎng)150873EA6了網(wǎng)410173856子網(wǎng)2如圖5所示,假設(shè)結(jié)點(diǎn)A與結(jié)點(diǎn)D通信,當(dāng)網(wǎng)橋接收到結(jié)點(diǎn)A的數(shù)據(jù)幀后,從數(shù)據(jù)幀中取出信源地址(00123456),查地址映射表,地址表中已有.屬于子網(wǎng)1;再取出信宿地址(1017385A),查地址映射表,表中沒有,則網(wǎng)橋就將數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)到它所連接的所有子網(wǎng)對應(yīng)

的端口(數(shù)據(jù)幀廣播),這樣子網(wǎng)l、2、3、4上的所有結(jié)點(diǎn)都能收到該數(shù)據(jù)幀+除結(jié)點(diǎn)D以外的結(jié)點(diǎn)都丟棄該幀,結(jié)點(diǎn)D接收該幀,并給予確認(rèn)。當(dāng)網(wǎng)橋收到結(jié)點(diǎn)D給結(jié)點(diǎn)—\的‘‘應(yīng)答幀”后,將結(jié)點(diǎn)L)的MAC地址添加到地址表中,并把“應(yīng)答幀,,轉(zhuǎn)發(fā)到結(jié)點(diǎn)A所在的子網(wǎng)端口。

Image:透明橋幀的轉(zhuǎn)發(fā)過程舉例2.jpg

圖5透明橋幀的轉(zhuǎn)發(fā)過程舉例2
2.“廣播風(fēng)暴”產(chǎn)生

當(dāng)網(wǎng)橋收到地址映射表中沒有的地址時,它就向其端口所連接的所有網(wǎng)段轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀,進(jìn)行數(shù)據(jù)幀廣播。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中結(jié)點(diǎn)很多,通過許多網(wǎng)橋進(jìn)行互聯(lián)時,有許多信宿地址不明的幀被廣播到所有結(jié)點(diǎn),結(jié)點(diǎn)不停地忙于接收這些數(shù)據(jù)幀,使得結(jié)點(diǎn)不能正常地進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送,這樣極易產(chǎn)生所謂的“廣播風(fēng)暴”,使得網(wǎng)絡(luò)性能下降。因此,在設(shè)計網(wǎng)絡(luò)時要避免一個大的網(wǎng)絡(luò)全部由網(wǎng)橋互聯(lián)而成,那樣會容易產(chǎn)生“廣播風(fēng)暴”。

在設(shè)計網(wǎng)橋時有兩個重要因素要加以考慮:

(1)地址映射表的大小

網(wǎng)橋的地址映射表應(yīng)該適中,太大會影響查詢速度;太小存儲的地址太少,會產(chǎn)生較多的數(shù)據(jù)幀“廣播”,影響整個網(wǎng)絡(luò)的性能。

(2)地址表的維護(hù)和構(gòu)造方法

由于網(wǎng)橋的地址映射表的大小是有限的,地址表中保留哪些地址,也會影響到網(wǎng)絡(luò)的性能。一般有兩種方法,一種是“最近使用的保留”,保留最近使用的那些地址;另一種是“根據(jù)使用頻率保留”,根據(jù)地址的使用頻率,保留使用頻率高的那些地址。地址表的維護(hù)通常采用及時刷新的方法,即將新加入的地址放在表的首部;如果該地址已在表中,刪除原有的地址信息;在表中地址增加的過程中,超出表體積的后部地址自動丟棄。

3.支撐樹(SpanTree)

透明橋得以實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵是假定了任意兩個局域網(wǎng)之間只有一條惟一的通路。為了提高可靠性,有時人們在局域網(wǎng)之間設(shè)置并行的兩個或多個網(wǎng)橋(即冗余網(wǎng)橋),由多個網(wǎng)橋構(gòu)成的局域網(wǎng),如果形成環(huán)路,會出現(xiàn)數(shù)據(jù)幀在網(wǎng)絡(luò)中循環(huán)傳輸?shù)默F(xiàn)象。

例如,當(dāng)用兩個網(wǎng)橋B1、B2連接兩個局域網(wǎng)LANl、LAN2時(如圖6所示),如果結(jié)點(diǎn)A希望發(fā)送幀給結(jié)點(diǎn)B,由于最初結(jié)點(diǎn)B并未記錄在網(wǎng)橋B1和網(wǎng)橋B2的地址表中,根據(jù)透明橋的約定,該原始幀將由網(wǎng)橋B1和網(wǎng)橋B2轉(zhuǎn)發(fā)到局域網(wǎng)LAN2上,于是出現(xiàn)了問題。首先是結(jié)點(diǎn)B會同時收到網(wǎng)橋B1和B2轉(zhuǎn)發(fā)的2個幀,其次是網(wǎng)橋B1和網(wǎng)橋B2轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)幀在局域網(wǎng)LAN2kY.分別被網(wǎng)橋B2和網(wǎng)橋B1收到,于是兩個橋在記載了結(jié)點(diǎn)A屬于局域網(wǎng)1之后,又會認(rèn)為結(jié)點(diǎn)A屬于局域網(wǎng)2。結(jié)果不僅該幀在兩個局域網(wǎng)上循環(huán)地廣播,而結(jié)點(diǎn)B的應(yīng)答信息(假設(shè)高層協(xié)議要求結(jié)點(diǎn)B予以應(yīng)答)可能無法轉(zhuǎn)發(fā)到局域網(wǎng)1,或者也在兩個局域網(wǎng)中循環(huán)傳輸。

Image:冗余網(wǎng)橋引起的循環(huán).jpg

圖6冗余網(wǎng)橋引起的循環(huán)

解決數(shù)據(jù)幀在網(wǎng)絡(luò)中循環(huán)的方法是構(gòu)造基于網(wǎng)橋的“支撐樹”(SpanTree,也稱“生成樹”)。構(gòu)造支撐樹的基本思想是首先選擇網(wǎng)絡(luò)中的某個網(wǎng)橋作為支撐樹的根,原理上該網(wǎng)橋可以任意指定,但實(shí)際中通常選擇位于相對中心的某個網(wǎng)橋。由于多個子網(wǎng)的互聯(lián)使得至少需要一個或多個網(wǎng)橋,所以這種選擇是可行的。再從與該支撐樹(最初只有支撐樹的根)相鄰(指可以通過某個子網(wǎng)直接訪問)的網(wǎng)橋集合中選擇一個加入支撐樹,選擇的條件是加入該網(wǎng)橋不會形成環(huán)路;這種選擇的過程繼續(xù)進(jìn)行,直至支撐樹已經(jīng)可以互聯(lián)所有的子網(wǎng)。剩下的網(wǎng)橋留作備用。構(gòu)造支撐樹的過程發(fā)生在新的網(wǎng)橋加入網(wǎng)絡(luò)時,或者支撐樹中的某個網(wǎng)橋發(fā)生故障的時候。

圖7示意了構(gòu)造支撐樹的過程。圖7(a)中的子網(wǎng)A至C分別用粗線表示,網(wǎng)橋編號為l-5,即用5個網(wǎng)橋互聯(lián)7個子網(wǎng),顯然在整個網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)了多個環(huán)路。構(gòu)造支撐樹的過程描述如下:

Image:支撐樹的構(gòu)造過程.jpg

圖7支撐樹的構(gòu)造過程

(1)首先任意選擇一個網(wǎng)橋作為根,此處假設(shè)選擇網(wǎng)橋2作為根,于是支撐樹集合為|2|;

(2)根據(jù)算法及設(shè)定的條件,從與2相鄰的網(wǎng)橋(1,3,4)中選擇一個,假設(shè)為l,即支撐樹集合成為{2,1};

(3)再在與支撐樹{2,1}相鄰的網(wǎng)橋中進(jìn)行選擇,與2相鄰的有(3,4),與]相鄰的有(3),由于網(wǎng)橋3會形成環(huán)路,不能加入支撐樹中,則形成的支撐樹為{2,1,4};

(4)再在與支撐樹{2,1,4}相鄰的網(wǎng)橋中進(jìn)行選擇,則形成的支撐樹為{2,1,4,5}。對應(yīng)的無環(huán)網(wǎng)絡(luò)如圖7(b)所示,網(wǎng)橋3為冗余網(wǎng)橋,以虛線連接。

透明橋具有很高的效率,特別適合總線型或樹形的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)結(jié)構(gòu),因此被IEEE的802.3和802.4工作組推薦采用,也是目前網(wǎng)橋中應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)。

4.指定路徑橋

指定路徑橋也稱源路徑選擇橋,這種橋的原理來源于IBM的令牌環(huán)。由發(fā)送的源結(jié)點(diǎn)判斷所發(fā)送的幀是送往本地子網(wǎng),還是送給其他網(wǎng)絡(luò),選擇幀傳輸?shù)拇_切路徑,并把它放在要傳輸?shù)膸小?

如果發(fā)送的源結(jié)點(diǎn)知道所發(fā)送的幀傳輸?shù)拇_切路徑,可以直接傳輸。如果源結(jié)點(diǎn)不知道路徑,則發(fā)送一個具有測試功能的廣播幀。接到廣播幀的網(wǎng)橋檢查廣播幀中的nI字段,如果本網(wǎng)橋號已經(jīng)在RI中,不做任何處理;否則,向RI中增加段號,并將該幀轉(zhuǎn)發(fā)到與之連接且網(wǎng)號未在幀中出現(xiàn)的其他子網(wǎng)。當(dāng)信宿結(jié)點(diǎn)接到該測試幀后,向源發(fā)結(jié)點(diǎn)返回一個應(yīng)答幀。應(yīng)答幀中包含了所需的路徑信息,并沿著測試幀途徑的路徑反向傳遞。由于廣播的緣故,源發(fā)結(jié)點(diǎn)可能會收到多個應(yīng)答幀,通常是通過某種算法從中選擇一條(最佳)路徑。

指定路徑橋可以獲得最佳的路徑,其缺點(diǎn)是測試幀的發(fā)送增加了網(wǎng)絡(luò)的信息流量,可能形成“廣播風(fēng)暴”,甚至可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞現(xiàn)象。

7.網(wǎng)橋的應(yīng)用——以太網(wǎng)交換機(jī)[2]

利用網(wǎng)橋互聯(lián)子網(wǎng)的應(yīng)用十分廣泛,例如:一個企業(yè)的各個部門可能根據(jù)不同的需要形成各種局域網(wǎng)絡(luò),當(dāng)部門之間希望互聯(lián)時,網(wǎng)橋是較佳的互聯(lián)部件。同樣,由于網(wǎng)橋具有分隔子網(wǎng)的功能,如果一個企業(yè)擁有很多的計算機(jī)和服務(wù)器,而僅組成一個共享網(wǎng)絡(luò),則對網(wǎng)絡(luò)的帶寬要求很高,并且難以實(shí)現(xiàn)。采用網(wǎng)橋來劃分子網(wǎng),使得大部分訪問集中在子網(wǎng)內(nèi)部,從而可以獲得較高的響應(yīng)速度。目前,組建局域網(wǎng)常用的以太網(wǎng)交換機(jī),就是一種簡化的網(wǎng)橋,用于以太網(wǎng)之間的互聯(lián)。以太網(wǎng)交換機(jī)具有如下特點(diǎn):

(1)提供一定的存儲能力。為避免轉(zhuǎn)發(fā)幀在輸出端口的沖突,交換機(jī)往往配置一定的緩存,用于緩存輸入或待輸出的幀;

(2)交換機(jī)具有少量的地址表,以提高交換機(jī)的查表速度;

(3)交換機(jī)處理相同的幀格式,交換速度快。一般的網(wǎng)橋,由于互聯(lián)的是兩個或兩個以上不同類型的網(wǎng)絡(luò),在數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)時,需要進(jìn)行數(shù)據(jù)幀的協(xié)議轉(zhuǎn)換,這種協(xié)議轉(zhuǎn)換是通過軟件實(shí)現(xiàn)的,因此網(wǎng)橋的幀轉(zhuǎn)發(fā)的速度比較慢。而交換機(jī)互聯(lián)的是相同類型的網(wǎng)絡(luò),在數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)時無需進(jìn)行幀格式轉(zhuǎn)換,大大提高了交換機(jī)的數(shù)據(jù)交換速度;

(4)交換機(jī)具有分割子網(wǎng)的功能,與一般的網(wǎng)橋一樣,交換機(jī)可以用來進(jìn)行子網(wǎng)分割;

(5)交換機(jī)的每個端口獨(dú)享指定的帶寬;如10M/100M/1000M的交換機(jī),每個端口可獨(dú)享10Mb/s/100Mb/s/1000Mb/s的網(wǎng)絡(luò)帶寬;

(6)支持多個獨(dú)立的數(shù)據(jù)流,具有較高的吞吐量;一般的網(wǎng)橋同一時刻只有一對端口通信,而交換機(jī)同一時刻可有多對端口通信;

(7)交換機(jī)內(nèi)部采用硬件交換,交換速度快。

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